jakarta analisa perubahan laju alir massa heat exchanger
Post on 29-Oct-2021
8 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAKARTA
ANALISA PERUBAHAN LAJU ALIR MASSA HEAT
EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE TERHADAP
EFEKTIVITAS SKALA LABORATORIUM HASIL KARYA
MAHASISWA
SKRIPSI
NURDIN WAHYU MUHAJIR
091 0311 035
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
2014
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAKARTA
ANALISA PERUBAHAN LAJU ALIR MASSA HEAT
EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE TERHADAP
EFEKTIVITAS SKALA LABORATORIUM HASIL KARYA
MAHASISWA
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar
Sarjana Strata Satu (S-1) Teknik Mesin
NURDIN WAHYU MUHAJIR
091 0311 035
KONVERSI ENERGI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAKARTA
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
2014
v
ANALISA PERUBAHAN LAJU ALIR MASSA HEAT
EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE TERHADAP
EFEKTIVITAS SKALA LABORATORIUM HASIL KARYA
MAHASISWA
NURDINWAHYU MUHAJIR
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini dilakukan karakterisasi alat penukar kalor alat penukar
kalor tipe shell and tube degan aliran sejajar untuk mengetahui unjuk kerja dari
alat penukar kalor tersebut. Dengan demikian melalui sarana tugas akhir ini dapat
meningkatkan sumber daya manusia di bidang pengoprasian dan alat penukar
kalor. Tugas akhir ini bertujuan untuk mempelajari efektivitas alat penukar kalor
tipe shell and tube menggunakan aliran sejajar (paralel flow), dengan cara
melakukan pengukuran dan perhitungan : suhu fluida panas, laju aliran fluida
panas, waktu kondisi aliran tunak (steady state) dan efektivitas pada alat penukar
kalor.
Metode yang digunakan dalam karakterisasi alat penukar kalor tipe shell
and tube dengan aliran sejajar (paralel flow), adalah : uji fungsi alat penukar kalor
dan analisa perubahan laju alir alat penukar kalor tipe shell and tube dengan
aliran sejajar (paralel flow). Alat penukar kalor tipe shell and tube yang
digunakan adalah skala laboratorium dengan dimensi sebagai berikut : luas
perpindahan panas (A ) 0,6596 m2, panjang tube (L ) 0,6 m, diameter dalam tube
0,652 in (1,656 x 10-2
m), diameter dalam shell 6,0651 in (0,1540 m). fluida
panas mengalir pada sisi tube sedangkan fluida dingin mengalir pada sisi shell.
Pengukuran laju fluida panas menggunakan flowmeter dan untuk
pengukuran suhu menggunakan thermometer air raksa. Kondisi tunak (steady
state) pada alat penukar kalor tipe shell and tube dengan aliran sejajar untuk laju
aliran fluida panas 3,00 liter/menit dan laju aliran fluida dingin 5,00 liter/menit
didapat setelah beroprasi selama 70 menit dan yang terjadi adalah aliran laminar
vi
(teratur). Kerugian panas yang terjadi pada tangki pemanas dan selang
penghubung yaitu sebesar 17,04% serta kerugian pada alat penukar kalor tipe
shell and tube 16,54%. Koefesien perpindahan panas keseluruhan (Uc ) sebesar
164 W/m2 o
C dengan efesiensi sebesar 53%. Efektivitas yang didapat pada alat
penukar kalor tipe shell and tube aliran sejajar yaitu sebesar 187,650%. Alat
penukar kalor tipe shell and tube yang dibuat dengan skala laboratorium dapat
diketahui karakteristik dari alat penukar kalor tipe shell and tube dengan
menggunakan aliran sejajar (paralel flow).
Kata kunci : Heat Exchanger, Laju alir Heat Exchanger.
vii
ANALYSIS OF FLOW MASS HEAT EXCHANGER TYPE
SHELL AND TUBE ON THE EFFECTIVENESS OF
LABORATORY SCALE
NURDIN WAHYU MUHAJIR
ABSTRACT
In this final project characterization of heat exchanger tool of shell and
tube type heat exchanger with parallel flow to know the performance of the heat
exchanger. Thus through this final task means can increase human resources in the
field of operation and heat exchange tool. This final project aims to study the
effectiveness of shell and tube heat exchange tools using parallel flow by
measuring and calculating: hot fluid temperature, heat fluid flow rate, steady state
time and effectiveness of the tool heat exchanger.
The methods used in characterizing the shell and tube type heat
exchangers with parallel flow are: function test of heat exchangers and the
analysis of changes in the flow rate of shell and tube type heat exchangers with
parallel flow. The shell and tube type heat exchangers used are laboratory scale
with the following dimensions: heat transfer area (A) 0.6596 m2, tube length (L)
0.6 m, tube diameter 0.652 in (1.656 x 10-2 m ), the inner diameter of the shell is
6,0651 in (0.1540 m). hot fluid flows on the side of the tube while cold fluid flows
on the shell side.
The measurement of the heat fluid rate using a flowmeter and for
temperature measurements using a mercury thermometer. Steady state in a shell
and tube heat exchange apparatus with parallel flow for hot fluid flow rate of 3.00
liters / min and a fluid flow rate of 5.00 liters / minute fluid is obtained after
operating for 70 min and the flow is laminar (regular). Heat losses occurring in
heating tanks and hoses are 17.04% and losses in shell and tube heat exchangers
are 16.54%. The overall heat transfer coefficient (Uc) is 164 W / m2 oC with
efficiency of 53%. The effectiveness gained on the parallel shell and tube type
heat exchanger is 187,650%. A shell and tube type heat exchanger made on a
viii
laboratory scale can be characterized by a shell and tube heat exchange apparatus
using parallel flow.
Kata kunci : Heat Exchanger, Heat Exchanger Flow..
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat-Nya
dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas
Akhir ini disusun dalam rangka melengkapi salah satu syarat guna memperoleh
gelar sarjana Teknik Mesin Strata Satu (S-1).
Penulisan Tugas Akhir ini berjudul “ANALISA PERUBAHAN LAJU ALIR
MASSA HEAT EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE TERHADAP
EFEKTIVITAS SKALA LABORATORIUM HASIL KARYA MAHASISWA”. Dalam
hal ini saya menyadari bahwa, susunan Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan
serta kekurangan baik dalam tulisan maupun isi. Tugas Akhir ini masih jauh dari
sempurna, meskipun demikian mudah-mudahan Tugas Akhir ini ada manfaatnya
bagi saya dan para pembaca.
Untuk itu atas segala bantuan bimbingan serta saran-saran yang diberikan
kepada saya maka perkenankanlah saya mengucapkan terima kasih kepada semua
pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini :
1. Allah SWT yang sudah memberikan kekuatan dan ridho sampai akhir
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. M Galbi Bethalemba MT, Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
S-1 Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran”
Jakarta.
3. Bapak Ir. Saud Siagian MT, Selaku Dosen Pembimbing Penyusunan
Tugas Akhir, yang tulus dan penuh kesabaran dalam membimbing,
mengarahkan dan memotivasi kepada penulis.
4. Para Dosen yang telah memberikan ilmunya.
5. Kedua Orang Tua dan Adik-adikku yang telah dengan ikhlas memberikan
dorongan baik moril maupun materil, serta doanya yang tak terkira.
6. Dinda SWN kekasih yang selalu memberi semangat dan motifasi.
x
7. Teman-teman angkatan 2009 yang telah memberikan segala bantuan
secara moril.
8. Seluruh staf dan karyawan Fakultas Teknik Mesin S-1.
Walau demikian penulis tetap menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini
masih memiliki banyak kekurangan, dengan kerendahan hati, penulis
mengharapkan kritik dan saran yang sangat berarti untuk kesempurnaan
penyusunan dikemudian hari.
Penulis mengharapkan semoga penyusunan tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya, Amin.
Jakarta, 13 Agustus 2014
Nurdin Wahyu Muhajir
xi
Daftar Isi
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i
PERNYATAAN ORISINALITAS ...................................................................... ii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI ............................... iii
PENGESAHAN ................................................................................................ iv
ABSTRAK ........................................................................................................... v
ABSTRACT ....................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix
DAFTAR SIMBOL ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii
BAB I ...................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
I.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1
I.2. Maksud Dan Tujuan ................................................................................. 2
I.3 Batasan Masalah....................................................................................... 2
I.4 Metode Penulisan ..................................................................................... 2
I.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ ..2
BAB I : Pendahuluan ................................................................................. 3
BAB II : Tinjauan Pustaka .......................................................................... 3
BAB III : Metoda Penghitungan .................................................................. 3
BAB IV : Hasil Dan Pembahasan................................................................. 3
BAB V : Kesimpulan Dan Saran................................................................. 3
Daftar Pustaka ................................................................................................. 3
BAB II ..................................................................................................................... 4
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 4
xii
II.1 Penelitian Terdahulu ................................................................................ 4
II.2 Perpindahan Panas ................................................................................... 6
II.3 Cara-cara Perpindahan Panas ................................................................... 7
II.3.1 Perpindahan Panas Secara Konduksi .............................................. 7
II.3.2 Perpindahan Panas Secara Konveksi .............................................. 8
II.3.3 Perpindahan Panas Secara Radiasi .................................................. 9
II.4 Alat Penukar Kalor ................................................................................... 9
II.4.1 Laju Perpindahan Panas Pada Alat Penukar Kalor ....................... 12
II.4.2 Tipe Aliran Fluida Dan Selisih Suhu Rata-Rata ........................... 15
II.4.2.1 Aliran Sejajar (Paralel Flow) ....................................................... 15
II.4.2.2 Aliran Berlawanan Arah (Counter Flow) ..................................... 16
II.4.2.3 Beda Temperatur Rata-rata ........................................................... 17
II.4.2.4 Luas Perpindahan Panas Alat Penukar Kalor ............................... 18
II.4.2.2.1 Kerugian Panas Pada Tangki Pemanas Dan Selang Penghubung. 18
II.4.2.2.2 Kerugian Panas Pada Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube ... 19
II.4.3 Efektivitas Alat Penukar Kalor ..................................................... 19
II.5.3 Klasifikasi Alat Penukar Kalor ..................................................... 19
II.5.3.1 Klasifikasi Berdasarkan Perpindahan Panas ................................. 19
II.5.3.2 Klasifikasi Berdasarkan Fungsinya ............................................... 19
II.5.3.3 Klasifikasi Berdasarkan Konstruksinya ........................................ 21
II.5.4 Kriteria Pemilihan Alat Penukar Kalor ......................................... 22
II.5.5 Kriteria Seleksi Dari Segi Mekanikal ........................................... 23
BAB III ................................................................................................................. 27
METODE PENGUJIAN ....................................................................................... 27
III.1 Tahap Pengujian ..................................................................................... 27
xiii
III.2 Prosedur Kalibrasi Flow Meter .............................................................. 28
III.3 Prosedur Kalibrasi Termometer Air Raksa ............................................ 28
III.4 Prosedur Pengujian Alat Penukar Kalor ................................................ 29
BAB IV ................................................................................................................. 34
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 34
IV.1 Hasil Uji Fungsi ..................................................................................... 36
IV.2 Hasil Kalibrasi Alat Ukur....................................................................... 35
IV.2.1 Kalibrasi Termometer Air Raksa .................................................. 36
IV.2.2 Kalibrasi Flowmeter ...................................................................... 36
IV.3 Hasil Pengukuran Pada Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube Dengan
Aliran Sejajar .................................................................................................... 40
IV.3.1 Kerugian Panas Pada Tangki Pemanas Dan Selang Penghubung. 43
IV.3.2 Kerugian Panas Pada Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube ... 44
IV.4 Perhitungan Nilai Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan Alat
Penukar Kalor Tipe Shell And Tube Dengan Aliran Sejajar ............................. 54
IV.4.1 Menghitung Selisih Suhu Rata-rata Sebenarnya ( Tm ) Aliran
Sejajar 57
IV.4.2 Menghitung Nilai Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan ..... 56
IV.4.3 Menghitung Besar Jumlah Panas Aktual ...................................... 57
IV.4.4 Menghitung Harga Efektivitas Alat Penukar Kalor ...................... 57
BAB V .................................................................................................................. 60
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 60
V.1 Kesimpulan ............................................................................................ 60
V.2 Saran ....................................................................................................... 61
Daftar Pustaka ....................................................................................................... 64
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Hasil Uji Fungsi ..................................................................................... 34
Tabel 2 Data Kalibrasi Termometer Air Raksa .................................................. 36
Tabel 3 Data Kalibrasi Flow Meter ...........................................................................38
Tabel 4 Data Hasil Pengukuran Suhu Pada Sisi Shell And Tube ..........................40
Tabel 5 Data Hasil Pengukuran Kerugian Panas Tangki Pemanas Dan Selang
Penghubung ...................................................................................................................30
Tabel 6 Data Hasil Pengukuran Kerugian Panas Pada Alat Penukar Kalor Tipe
Shell And Tube ..............................................................................................................30
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Laju Perpindahan Panas ............................................................................ 10
Gambar 2 LMTD Untuk Aliran Sejajar (Paralel Flow) ................................... 13
Gambar 3 LMTD Untuk Aliran Berlawanan Arah ................................................ 15
Gambar 4 Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Gambar 5 Alat Penukar Kalor Tipe Pine In Pipe ............................................. 21
Gambar 6 Alat Penukar Kalor Tipe Pipe Coil .................................................. 22
Gambar 7 Sekat Segmen Tunggal ............................................................................. 24
Gambar 8 Alat Penukar Kalor 1-1 Pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Gambar 9 Diagram Alir Proses Pengujian Alat Penukar Kalor Tipe Shell And
Tube Dengan Aliran Sejajar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Gambar 10 Tangki Pemanas Dan Pompa Sirkulasi ............................................ 19
Gambar 11 Prinsip Kerja Alat Penukar Kalor Tipe Shell And Tube Aliran ........ 33
Gambar 12 Grafik Kalibrasi Thermometer Air Raksa I .................................... 37
Gambar 13 Grafik Kalibrasi Thermometer Air Raksa II .................................... 37
Gambar 15 Grafik Kalibrasi Thermometer Air Raksa III ................................... 37
Gambar 16 Grafik Kalibrasi Thermometer Air Raksa IV................................... 38
Gambar 17 Grafik Kalibrasi Flow Meter I.......................................................... 39
Gambar 19 Grafik Kalibrasi Flow Meter II ........................................................ 39
Gambar 20 Grafik Suhu Fungsi Waktu Sampai Keadaan Tunak Tercapai ........ 42
Gambar 21 Grafik Laju Alir fluida Panas ........................................................... 49
Gambar 21 Grafik Kerugian Panas Pada Tangki Dan Selang Penghubung ....... 50
Gambar 22 Grafik Selisih Suhu Dinding Sebagai Fungsi Laju Alir Fluida........ 52
Gambar 23 Grafik Selisih fluida dingin dengan suhu ruang sebagai fungsi
kerugian panas pada sisi shell ............................................................................... 53
xvi
DAFTAR NOTASI
q = Laju perpindahan panas
= gradient suhu perpindahan panas
k = konduktifitas termal bahan
a = luas bidang perpindahan kalor (mm)
h = koefisien perpindahan panas konveksi
Tw = suhu suatu plat
Tx = suatu plat fluida
Fe = fungsi emisitas
Fg = fungsi geometri
A = luas permukaan bidang (mm)
σ = konstanta (W/m2.s
2)
ε = afektifitas
mh = massa heat (°C)
mc = massa cool (°C
Ch = kalor spesifik fluida panas
Cc = kalor spesifik fluida dingin
Th1 = suhu masuk fluida panas (°C)
Th2 = suhu keluar fluida panas (°C)
Tc1 = suhu masuk fluida dingin (°C)
Tc2 = suhu keluar fluida dingin (°C)
V = kecepatan aliran udara (m/s)
Q = debit air (Lt/menit)
top related